火电机组燃料智能化配煤掺烧探索和实践-贵州江南下注(集团)有限公司
火电机组燃料智能化配煤掺烧探索和实践-贵州江南下注(集团)有限公司
摘要：燃料成本占火电机组成本的70%以上，如何有效地控制燃煤成本是提高火电企业核心竞争力的关键因素。本文探讨火电机组燃料智能化配煤掺烧系统的建设要点，实践成果分析。作者以工作单位为例，对于火电企业燃料智能化配煤掺烧建设具有普遍意义。
引言
在能源行业“清洁低碳”发展和电力市场化改革的大背景下，火电企业面临的外部环境日益复杂，受环保、电源结构改革等政策影响，火力发电量市场占有比重呈逐年下降态势，火电企业的规模发展优势逐步丧失。通过推进智慧电厂建设，借助信息技术手段和智慧化管理方法实现智能配煤掺烧，成为火电企业精细高质量发展的必由之路。
国信扬电公司基于多年的火电管理经验和历史数据积累，根据不同煤种的价格、特性以及粉煤灰等辅助产品的差异，通过大数据分析，提出最优的掺烧方案，实现综合成本最低。同时，为电量营销和全年运方设计提供基础支持。
1、问题分析
目前，国信扬电公司虽然也进行的经济煤种掺烧，但是，由于缺乏明确的经济性计算数据和最优化掺烧方案模型，在煤种、煤价、机组运方发生变化的时候，不能及时根据外界条件进行改变，影响机组的经济性。
在煤价不断上涨的情况下，造成了来煤结构的复杂化，对人员、设备以及管理上提出了新的要求。因此必须加强煤场管理力度，认真研究配煤掺烧技术，确保达到适合锅炉燃烧煤种的要求，同时满足机组高负荷运行和锅炉低负荷稳燃的需求。此外，公司的电量营销以及经营计划的安排，都需要一个明确的成本数据支撑，掺烧模型通过经验数据和理论计算相结合，计算出一个最优成本的煤种掺配方式，为这些工作提供支持。
同时在硬件方面也要提高，我厂原煤一般露天存放，容易吸收水分，出现“黏煤”现象，煤质下降和掺烧劣质煤的情况下，也会出现这种情况。向原煤仓添加“黏煤”，在煤仓下端容易出现堵煤现象。严重影响煤场周转，设备的正常运行，给机组安全、经济运行带来较大隐患。
2、掺配优化目标
根据煤场不同煤种的价格、煤质、燃烧特性以及副产品销售价格等，提出最优的掺烧方案及采购方案，实现发电综合成本最低、综合利润最大。
2.1 精细化煤场管理
燃煤掺烧的前提是有一个完善的煤场数据中心，通过煤场精细化管理掌握最新的煤场存煤详情，为配煤掺烧提供数据支撑。
2.2 优化掺配方案
在确保锅炉安全运行的前提条件下提供最经济的加仓方案，这就要求我们通过不断地进行掺烧试验总结出不同掺配比下对机组经济性的影响。
2.3 粉煤灰等辅助生产品的影响
在考虑最低煤耗的同时还要考虑粉煤灰等辅助生产品带来的影响，当市场上灰价达到一定价位后，掺烧方式就应该向高灰煤进行倾斜，因此，灰价的高低影响印尼煤（低灰份、低热值）的掺烧比率。
2.4 解决劣质煤掺烧堵煤问题
为确保电厂给煤系统的正常运行，提高机组安全运行可靠性，本次原煤仓防堵装置改造通过截取原煤仓下端部分，替代以旋转活动式圆锥形仓体来打破原煤仓原煤结拱造成的物料平衡状态，瓦解了堵煤的基础因素，避免堵煤、断煤情况的发生。同时，结合给煤机运行及煤流信号实现清堵装置自动、远程手动、就地手动多种运行方式。
3、建设方案
3.1 建立大燃料数据中心
从源头获取实时动态数据，整合燃料运行、物资采购、制样化验等与燃料相关数据统一建立大燃料数据中心，通过煤场库存管理模型的建立，对我厂煤场库存、堆放、加仓和管理进行精细化管理，减少煤场热值损失，为发电部提供煤质动态信息。
3.2 分析影响掺烧的因素
由于锅炉燃烧的复杂多样性，我们需要考虑很多影响因素，如：煤价、热值、灰份、硫份、副产品价格（粉煤灰、石膏）、煤场结构、机组性能、机组运行方式等。
3.3 建立最优掺配模型
模型采用分机组、分煤种、分磨组层次的设计方式，先进行大战略计算、再进行具体机组到磨组的计算方式。掺烧模型按照给定的机组安全边际条件，根据机组的不同负荷率以及磨组运行方式进行迭代计算，入炉煤种按照最多六种。磨组运行方式主要为四至六台磨组运行，底层和最上层磨组不进行印尼煤掺烧，机组运行的标准煤耗根据历史数据按月统计，代入成本计算。
对于单台磨组，目前公司的掺配比例只能是1:1的方式，所以，各种掺配煤种的入炉比例，相对来说就比较少了，在此基础上迭代计算各种可能的比例，配合代入灰和石膏的价格，计算出各种比例下的综合成本，得出最优的掺配比例。
本模块根据公司机组具体情况进行计算分析，如表1：
表1：机组掺烧原则
具体加仓计算方式如下：
成分=所有煤种成分×各自百分比
水分>15%时，每增加1%，煤耗增加0.6g/kWh
灰份>15%时，每增加1%，煤耗增加0.187g/kWh
硫份>0.8%时，煤耗增加0.6g/kWh
煤耗=标准煤耗+由于入炉煤煤质偏差（水份、灰份、硫份）造成的煤耗变化
原煤耗=煤耗×7000/热值
煤价=所有煤种价格×百分比
原煤价=原煤耗×煤价/1000000
总灰量=灰份×原煤耗×0.9/100
总灰价=灰量×灰价/1000000
石灰价=硫份/100/30×100/0.9×*0.99×石灰价/1000000
石膏价=硫份/100×0.99/32×172/0.92×石膏价/1000000
总成本=原煤价-总灰价+石灰价-石膏价
通过计算得到的最优掺烧成本为发电部提供加仓决策。
3.4解决劣质煤掺烧堵煤问题
原煤仓智能一体化清堵装置改造针对实际运行中容易堵煤的三个部位进行整体改造，确保各工况下磨煤机进煤通畅。
第一部分：给煤机进口闸板门上部堵煤点，采用旋转煤仓加装刮刀的方式。
第二部分：给煤机进口闸板门下部堵煤点，采用“不锈钢落料管+振动气锤”的方式，并对不锈钢落料管与给煤机皮带之间扩大落料高度，改变煤流曲率防止煤流冲刷给煤机出口落料管，有利于减少第三部分堵煤概率。
第三部分：给煤机出口闸板门上部堵煤点，更换已磨损部位的一半天方地圆，闸板门上下各加一只振动气锤。
图1此次清堵改造的各部位图示
4、建设成果
4.1 智能掺烧系统
掺烧分析是用设定的煤种进行分析，模型中的标准煤耗采用历史统计煤耗，影响煤耗的各因素，可能存在少许误差，大致数值是正确的。单磨的掺配比例按照1:1，便于实际掺配。经过使用几种常用煤种进行迭代计算分析，发现印尼煤不是掺烧的越多越经济，而是和相关因素有关系：
（1）印尼煤和常规煤以及高灰高硫煤的差价，当差价达到一定值的情况下，掺烧才有经济性。
（2）根据煤炭库存模块信息指导掺烧，分析煤场煤种信息，热值损失是否在突变期。
（3）灰等辅助产品的价格，当市场上灰价达到一定价位后，掺烧方式就应该向高灰高硫煤进行倾斜了，灰价的高低影响印尼煤的掺烧比率。
（4）在煤价低灰价高的行情下，掺烧的最低成本可以到0.195左右，能为争取市场替代电量提供数据支撑。
下面展示一下我们的掺烧软件的详细功能：
图2掺烧展示页面
通过我们的掺烧模块的加仓决策选择，会自动生成推荐方案，根据需求可以直接对每台机组A、B、C、D、E、F磨的煤种选择修改。后台实时计算，并在图中左下角的“掺烧方案”与右上角的“经济性指标”中实时显示。
图1右侧可以对所选机组进行规则设置。可以根据需求对磨组的“热值上限、热值下限、硫份上限、灰份上限、灰熔点上限、超灰熔点仓数上限、印尼煤掺配煤种水份上限”或单个磨组的“热值上限、热值下限、硫分上限、灰份上限、挥发份上限、挥发份下限”进行修改，并根据实际情况在右下角设置“可用煤种”的“最大加仓数”及其相应的“单/掺烧设定”规则。
通过掺烧规则的设置，规则会在后台更新，并与数据库中的煤种信息及其限制条件一起，执行最优计算，并将结果存入数据库中，生成推荐方案。方案修改确认完毕后，最终的加仓决策交由燃料程控进行加仓。
图3掺烧入炉综合指标
4.2 智能一体化清堵装置
我公司于2018年12月，在#4C原煤仓实施了新增原煤仓防堵装置改造，2020年7月，在#2F原煤仓实施了新增原煤仓防堵装置改造。2020年10月，在#4F原煤仓实施了新增原煤仓防堵装置改造，该项技术得到了成功的推广使用，有效解决了潮煤造成原煤仓堵煤问题，提高了机组运行的可靠性，也为加仓方式的灵活性创造了条件。
5、建设成效
5.1 智能掺烧系统
煤炭掺烧模块实现将以往难以量化的煤炭损耗成本与副产品销售收入等因素纳入计算，结合经验数据与理论，提出成本最优的煤炭掺烧方案，并给出综合成本，有效的指导电量营销工作，并为公司创造可观的利润。对比系统智能化掺烧和人工经验掺烧，综合供电成本平均降低约0.0013元/千瓦时，按全年100亿电量测算，年度收益约1300万元。
5.2 智能一体化清堵装置
（1）防堵效果显著，提高磨煤机安全稳定运行水平
实施本项改造后，4C、2F、4F原煤仓清堵装置运行稳定，在日常运行中，清堵效果明显，有效保障磨组和机组安全稳定运行。
（2）提高了潮粘劣质煤的掺烧量
本次改造为一、二期加装3台原煤仓防堵装置，目前经济煤种与高质量煤种价差约60元/吨，每台磨给煤量按30吨/小时计，改造完后，增加经济煤种掺配率按60%计。每年每台防堵装置可产生效益约428万元。
（3）人工敲仓，清仓次数极少，维护量大大下降，有效降低敲仓人工成本和安全风险。
（4）避免了人工掏仓清堵造成的给煤机平台污染，现场安全文明生产状况明显改善。
6、下一步计划
6.1 实现煤场掺配煤
新增掺配转运系统，实现任意2台斗轮机取用不同煤种，通过新增的掺配转运系统在煤场掺配，加仓时直接取用。实现
（1）解决煤炭进仓混合不均匀的情况；
（2）减少潮黏煤造成的系统堵煤；
（3）有利于控制加仓煤种的热值、灰份、硫份；
（4）为今后泥煤、垃圾燃料等掺配加仓做好准备；
（5）运行单路加仓流程增加设备维护时间，提高设备可靠性；减少输煤电耗增加经济效益。
6.2 贯通加仓正常化
为保障机组的燃煤需求，使4台机组的用煤不再局限于本期煤场，提升机组运行的安全性、经济性，根据现有贯通设施情况，进行改造，实现系统流程互联互通。
7、结论
依托智慧电厂技术实现的最优掺烧和智能一体化清堵装置实现燃料管理的科学计划、合理存储、精细使用、降低煤耗等目标。在实现煤场掺配煤后，将在硬件上进一步满足掺配煤的各项需求，为机组安全经济运行提供更加坚实的保障，使企业管理始终处于领先水平，企业核心竞争力得到提升。